用于无刷电机的驱动电路的制作方法

本发明涉及一种用于无刷电机的驱动电路。

背景技术：

1、用于无刷电机的驱动电路负责控制电机的相绕组的激励。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于无刷电机的驱动电路，该驱动电路包括：用于连接到电机的相绕组的转换器，该转换器包括多个开关；以及控制器，用于控制开关以便以多个配置中的一个配置来配置转换器，所述多个配置包括：第一配置，其中允许电流沿第一方向和第二相反方向流过相绕组；以及第二配置，其中允许电流沿第一方向流过相绕组并且防止电流沿第二方向流过相绕组，其中控制器包括用于接收指示转换器中的电流的信号的输入端，并且控制器响应于电流的特性将转换器从第一配置配置到第二配置。

2、通过以这种方式控制转换器，可以实现电效率的提高，特别是当驱动电路耦合到具有高纹波的电源电压(例如，具有高纹波的dc电压或ac电压)时。例如，当转换器处于第一配置时，相绕组可以由电源电压激励。当电机的转子旋转时，可以在相绕组中感应反emf。当电源电压的幅度相对较低时，反emf的幅度可能超过电源电压。因此，相电流的幅度和极性可能变得不受控制。此外，此时的相电流主要是无功的，因为在电源电压相对较小或没有电源电压的情况下，有功功率相对较小或没有有功功率。该无功电流可能很大，并且可能影响电机系统的效率。

3、控制器因此响应于电流的特性将转换器从第一配置配置到第二配置。例如，当电流开始下降的平台时，控制器可以将转换器从第一配置配置到第二配置。在第二配置中，允许电流仅在第一方向上流过相绕组。因此，如果反emf将电流驱动至零，则电流被箝位，并防止电流极性反转。利用这种特定的配置序列，即使当电源电压的幅度较低时(在dc电压的波谷处或在ac电压的过零处)，也可以继续从电源汲取电流。然而，转换器中的电流现在受到控制，防止电流极性反转。

4、可以想象，可以省略第一配置，并且可以将转换器配置为第二配置，以便激励相绕组。然而，在第一配置中，转换器的效率可能更高。这是因为当在两个方向上导通时，与转换器的开关相关联的传导损耗可能更低。

5、当电流的幅度或变化率大于阈值时，控制器可以将转换器从第一配置配置到第二配置。因此，当出现(从幅度或变化率)转换器中的电流可能下降到零时，控制器可以将转换器配置成第二配置。

6、所述多个配置可以包括第三配置，在第三配置中，防止电流沿第一方向和第二方向流过相绕组，并且控制器可以将转换器从第二配置配置到第三配置。随着第二配置中的电流减小，当电流达到零时(例如，在一段时间之后或者通过监测电流)，转换器可以转换到第三配置。当转换器在两个方向上都不导通时，驱动电路可以安全地转换到另一个状态。

7、当电流的幅度为零时，控制器可以将转换器从第二配置配置到第三配置。于是，这确保了从第二配置到第三配置的安全转换。

8、每个开关可以具有四种状态：(i)接通(on)，其中开关在第一方向和第二方向上都导通；(ii)d1，其中开关在第一方向上导通并且在第二方向上不导通；(iii)d2，其中开关在第一方向上不导通并且在第二方向上导通；(iv)断开(off)，其中开关在第一方向和第二方向上都不导通。此外，在第一配置中，一对开关的状态可以是接通，而另一对开关的状态可以是断开；并且在第二配置中，一对开关的状态可以是d1和d2之一，并且另一对开关的状态可以是断开。

9、因此，开关可以在两个方向上被控制(即，可以在两个方向上导通，并且可以在两个方向上不导通)。

10、因此，驱动电路能够向相绕组施加任一极性的电压，而与转换器两端的电压极性无关。也就是说，与电源电压的极性无关，驱动电路能够向相绕组施加正电压以便在第一方向(例如从左到右)上激励相绕组，并且能够向相绕组施加负电压以便在第二相反方向(例如从右到左)上激励相绕组。因此，驱动电路可以与ac电源一起使用，而不需要整流器、pfc级或dc链路电容器。

11、然而，当管理转换器中的电流时，这种开关确实存在挑战。控制器按照有助于管理电流的配置序列来配置转换器。特别地，在第一配置中，一对开关的状态是接通，而另一对开关的状态是断开。因此，相绕组可以由电源电压激励。在第二配置中，一对开关的状态是d1和d2之一，而另一对开关的状态是断开。通过具有在二极管状态(即d1或d2)中操作的一对开关，继续为转换器中的电流提供路径。然而，如果电流降至零，开关会箝位并防止电流反向。

12、控制器可以包括用于接收指示电压极性的信号的输入端，并且控制器可以将转换器配置成第二配置，使得开关的状态根据电压的极性是d1和d2之一。因此，d1或d2的特定选择取决于电源电压的极性，并且被选择为使得开关被电源电压正向偏置。因此，电流继续以与以前相同的方向流动。然而，当相电流的幅度达到零时，开关现在被反emf反向偏置，电流被箝位在零。

13、转换器可以包括多个支路，并且每个支路可以包括高侧开关和低侧开关。第一配置和第二配置中的每对开关于是可以包括一个支路的高侧开关和另一支路的低侧开关。

14、在第一配置中，第一对开关的状态可以是接通，第二对开关的状态可以是断开；并且在第二配置中，第一对开关的状态可以是d1和d2之一，第二对开关的状态可以是断开。因此，当处于第一配置时，相绕组可以由电源电压激励。此外，第二配置中的开关的状态可以由电源电压正向偏置，使得相绕组继续由电源电压激励。如果由于反emf，电流随后降至零，则开关被反向偏置，并防止电流反向。

15、替代地，在第一配置中，第一对开关的状态可以是接通，第二对开关的状态可以是断开；并且在第二配置中，第一对开关的状态可以是断开，第二对开关的状态可以是d1和d2之一。再次，当处于第一配置时，相绕组可以由电源电压激励。然而，当在第二配置中时，开关的状态可以被电源电压反向偏置。然而，为转换器中的电流提供了路径。因此，相绕组两端的自感电压导致电流从相绕组被驱动到电源。因此，转换器中的电流幅度减小。当电流达到零时，开关再次箝位电流。

16、所述多个配置可以包括中间配置，其中第一对开关的状态是接通，并且第二对开关的状态是d1和d2之一。在将转换器从第一配置配置到第二配置时，控制器于是可以将转换器从第一配置配置到中间配置，然后从中间配置配置到第二配置。因此，转换器可以安全地从第一配置转换到第二配置。特别是，转换器中的电流路径始终保持不变。

17、本发明还提供了一种用于无刷电机的驱动电路，该驱动电路包括：用于连接到电机相绕组的转换器，其中该转换器包括多个支路，每个支路包括高侧开关和低侧开关，每个开关包括对应于以下的四种状态：(i)接通(on)，其中开关在第一方向和第二方向上都导通；(ii)d1，其中开关在第一方向上导通并且在第二方向上不导通；(iii)d2，其中开关在第一方向上不导通并且在第二方向上导通；(iv)断开(off)，其中开关在第一方向和第二方向上都不导通；以及控制器，用于控制所述开关的状态以将所述转换器配置成多个配置中的一种，所述多个配置包括：第一配置，其中第一支路的高侧开关和第二支路的低侧开关的状态为接通，并且第一支路的低侧开关和第二支路的高侧开关的状态为断开；以及第二配置，其中：(i)第一支路的高侧开关和第二支路的低侧开关的状态为d1和d2中的一个，并且第一支路的低侧开关和第二支路的高侧开关的状态为断开；或者(ii)第一支路的高侧开关和第二支路的低侧开关的状态为断开，并且第一支路的低侧开关和第二支路的高侧开关的状态是d1和d2中的另一个，其中控制器将转换器配置成第一配置，并且随后将转换器从第一配置配置到第二配置。

18、如上所述，通过提供可以在两个方向上被控制的开关(即，可以在两个方向上导通并且可以在两个方向上不导通)，驱动电路能够向相绕组施加任一极性的电压，而与转换器两端的电压极性无关。因此，驱动电路可以与ac电源一起使用，而不需要整流器、pfc级或dc链路电容器。然而，当管理存储在电机中的感应能量以及电机可能产生的任何能量时，具有在两个方向上都不导通的开关提出了挑战。因此，控制器以更好地管理转换器中的电流的配置顺序来配置转换器，以提高系统的电效率。特别地，当转换器处于第一配置时，相绕组可以被激励并且转换器中的电流可以增加。控制器随后可以将转换器配置成第二配置。当在第二配置中时，继续为转换器中的电流提供路径，即允许电流沿与第一配置中相同的方向流过相绕组。然而，现在防止电流以相反的方向流过相绕组。因此，转换器中的电流得到了更好的控制。特别地，可以防止电流极性的反转。